循环流化床锅炉炉膛负压模糊PID控制系统的设计
摘要
近些年来，随着我国社会经济的发展，也越来越重视节能减排的环节。在火力发电方面，循环流化床锅炉已经成为了主流机组。为了响应号召，进一步实现生产环节的节能减排，在循环流化床锅炉方面，必须对相关子系统原有的控制策略进行优化和改进。
本文主要研究的对象是循环流化床锅炉炉膛负压，炉膛压力是一个时变、非线性且有滞后的控制对象，传统的模糊控制和常规的PID控制方法都存在一定的缺陷，始终无法较好的实现控制。因此，本文采取传统的模糊控制与常规PID 控制相结合的方法，综合各自的优点，实现对炉膛负压的模糊PID 控制。再利用MATLAB对系统进行仿真，通过与常规PID控制器的对比，体现出了模糊PID控制响应速度快稳定性好、抗干扰能力强、鲁棒性好等优点，达到了预期的控制效果。可见把模糊控制与PID控制融合在一起，形成的模糊PID控制具有其优秀的控制品质，将来不仅运用在炉膛负压的控制上，在其他方面同样具有很大的研究价值和应用推广前景。
关键词：循环流化床锅炉；炉膛负压；模糊PID；MATLAB仿真
CIRCULATING FLUIDIZED BED BOILER FURNACE NEGATIVE PRESSURE FUZZY PID CONTROL
SYSTEM DESIGN
ABSTRACT
In recent years, with the development of our social economy, more and more emphasis on energy conservation and emissions reduction. In terms of thermal power, has become the mainstream of circulating fluidized bed boiler unit. In order to response to a call for further implementation of production, energy saving and emission reduction in circulating fluidized bed boiler, related subsystems must be the original control strategy is optimized and improved.
The main object of this study is circulating fluidized bed boiler furnace pressure, furnace pressure is a time-varying, nonlinear and hysteresis control object, the traditional fuzzy control and conventional PID control methods have some shortcomings, still can not compared with achieve good control. Therefore, we take the traditional fuzzy control and conventional PID control method of combining integrated their respective advantages, fuzzy PID control furnace pressure. Then the system simulation using MATLAB, by comparison with conventional PID controllers, reflecting the advantages of fuzzy PID control, fast response, good stability, strong anti-interference ability and good robustness to achieve the desired control effect.
KEY WORDS: Circulating fluidized bed boiler; The boiler furnace negative pressure control; Fuzzy PID; The MATLAB simulation
目录
1 绪论 (1)
1.1 课题背景与意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (1)
1.3 本文研究的主要内容 (3)
2 循环流化床锅炉系统概述 (4)
2.1 循环流化床锅炉系统简介 (4)
2.2 循环流化床锅炉工作原理 (4)
2.3 循环流化床锅炉的优点 (5)
2.4 循环流化床锅炉燃烧特点 (6)
3 炉膛负压控制方案 (8)
3.1 炉膛压力控制系统 (8)
3.2 炉膛负压动态特性 (8)
3.3 炉膛负压模糊PID控制方案 (9)
3.4 炉膛负压系统建模 (10)
4 模糊PID控制系统设计 (12)
4.1 模糊控制 (12)
4.1.1模糊控制器的基本组成 (12)
4.1.2 模糊控制基本原理 (13)
4.2 PID控制理论 (14)
4.2.1 PID控制基本原理 (14)
4.2.2 PID控制算法 (16)
4.2.3 PID参数整定 (16)
4.3 模糊PID控制 (17)
4.3.1 模糊PID基本结构 (17)
4.3.2模糊PID 控制基本原理 (18)
4.3.3模糊PID控制设计 (18)
5 仿真研究 (24)
5.1 仿真系统 (24)
5.1.1 MATLAB简介 (24)
5.1.2Simulink简介 (24)
5.2 仿真比较 (25)
5.3 仿真比较 (29)
5.3.1 常规比较 (29)
5.3.2 抗干扰性能比较 (30)
6 总结 (33)
参考文献 (34)
致谢 (37)
1 绪论
1.1 课题背景与意义
随着火力发电厂的综合性能与复杂程度越来越高，锅炉作为三大系统之一，也向着容量大、参数高、经济性强、自动化水平高的方向在发展。循环流化床锅炉以其高效、清洁燃烧低污染，脱硫脱硝效果好，易于实现灰渣综合利用，负荷调节性能强，燃料适应性广等优点成为了国内外推崇的新一代锅炉，自问世以来，在国内外得到了迅速的推广与发展。循环流化床锅炉的主要作用是将燃料的化学能转变为热能，通过热能加热的水使之成为具有足够数量和一定质量的蒸汽，并供汽轮机使用。在循环流化床锅炉燃烧系统中，锅炉炉膛负压控制作为锅炉的一部分是极其重要的。
锅炉炉膛负压，即是指炉膛顶部烟气的压力。锅炉炉膛负压反映了燃烧工况是否稳定，在循环流化床燃烧系统中是非常重要的参数。如果炉膛内燃烧工况发生了变化，炉膛负压也会发生相应变化，一旦超出正常范围值便会影响锅炉的安全，经济运行。监视和控制炉膛负压对于分析炉膛的燃烧工况、以及保证锅炉燃烧系统的稳定与对整个电厂的安全运行都有着极其重要的意义。在实际过程中，循环流化床锅炉的负压控制在燃烧变化过程中十分复杂，受影响的因素较多，同时燃烧与汽水也存在复杂的耦合关系，使得过程的非线性和滞后对象变得更加复杂，难于建立常规精确的数学模型，传统的控制方法往往达不到预期的效果，这样对控制就提出了更为严格的要求。
1.2 国内外研究现状
随着国内外的电力工业的不断发展，循环流化床锅炉在全世界得到了广泛应用，循环流化床锅炉CFB虽然具有较其它传统类型锅炉更为优越的性能，但在其实用化和大型化的过程中还存在着许多急待解决的问题。循环流化床锅炉是一个分布参数、多变量、耦紧密非线性、时变的控制对象。在扰动存在的情况下，要保持炉膛负压在一定范围变化，需要时刻调节给煤量或送风量。给煤量的大小与负荷密切相关。如果调节送风量控制炉膛负压，会改变传热系数从而影响负荷。
而由此造成汽包水位和过热蒸汽温度的发生变化从而影响蒸汽量影响锅炉安全性。给煤量和送风量的改变又会影响烟气含氧量、炉膛床温和料床高度影响其经济性等等。循环流化床锅炉燃烧自动控制系统的主要任务是在保证锅炉具有较高的燃烧效率、低污染环保以及安全运行的同时，能够尽快满足外界蒸汽负荷的需要，并且已达到较好的经济性。现在已成为国际上众多机构和学者研究热点和重点，纷纷尝试着从经典控制、现代控制、先进控制理论等各个方面来研究循环流化床锅炉的自动控制系统（循环流化床锅炉炉膛负压控制），但效果并不是令人很满意。
Kaya在1989年介绍了以采用Bailey Network 90 集散系统的流化床锅炉和循环流化床锅炉控制(包括负炉膛负压控制、床温控制、燃烧控制、主汽温度控制、污染控制等)的比较[1]。其重点突出了多变量控制策略以实现锅炉在满足环保要求的前提下的最优性能,通过分析比较说明了先进的过程控制策略反馈、前馈、串级和解祸控制等比状态空间控制策略采用极点配置控制设计更能够足循环流化床锅炉的控制要求。但实际应用中却依然存在着参数整定麻烦，工况适应性差等相关问题。
叶海文在1997年采用了分层控制的方法,它不但基本上继承了一般锅炉常规控制系统的全部策略,而且由基础控制完成循环流化床锅炉的大部分控制任务,由监控系统完成负荷控制、排污控制优化等高层次任务[2]。优化了单一控制方法但也存在传统控制固有操作复杂的缺点。
赵伟杰、张文震、冯晓露在2007年对循环流化床燃烧系统控制(包括炉膛负压控制)解耦问题做了进一步研究，提出了神经元解耦方法。充分发挥了静态解耦的对角优势补偿作用，对燃烧过程起到很好的解耦作用[3]。但对于结构复杂，维数较高的控制对象导致了控制难度大且效果一般。
模糊控制系统是一种相对简单的控制系统。从提出到现在，在各个领域进行了大量实践运用，已经形成了系统化的理论。模糊控制摆脱了精确数学模型的束缚，开辟了一条新的工业过程控制的途径。模糊控制的最大优点就是不需要对被控对象建立精确的数学模型，而是根据人工积累的经验，然后通过调节控制量的大小，实行控制，便可得到一定精度的结果。模糊控制在许多方面都取得了不错的成果，但在有些领域也需要不断的去补充与完善。
PID控制系统具有良好的稳态特性,并且算法简单，在大多数的控制系统中效果不错，但其速度与超调量之间不可调和的矛盾始终难以满足高标准的技术要求。同时,对于一些具有固定参数的控制器来说,当被控对象模型由于某些原因产生剧烈的参数变化时,原有确定的控制器参数通常难以维持系统的控制品质,,要确定最优控制器的控制参数变得十分困难。因此，PID控制具有相当明显的优点，但在某些方面也存在着一定的问题，需要去解决。
到目前为止，传统控制方法始终无法发挥其自身的优越性，难以建立循环流化床锅炉炉膛的精确数学模型。另一方面模糊控制在设计系统时不需要建立被控对象的精确数学模型，它只需要通过总结、归纳前人的经验而建立，并且算法简单、有较强的鲁棒性、消除稳态误差，模糊控制技术经过多年发展得到了长足的发展；PID控制技术不断完善并应用，能够克服传统控制系统的控制缺陷，将上述两项技术相结合的自动控制技术应用于火电厂锅炉炉膛负压控制系统中，将能有效地提高火电厂的控制效果，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一。
1.3 本文研究的主要内容
本课题主要以循环流化床锅炉炉膛负压控制特性为切入点，研究如何通过模糊PID控制方法解决炉膛负压控制的问题。介绍循环流化床锅炉的燃烧系统的原理及工艺；然后提出模糊PID 控制方法，针对锅炉炉膛负压控制系统中的特性，利用模糊PID 控制算法，设计出循环流化床锅炉炉膛负压合理的PID 控制方案，从而使锅炉炉膛负压能够满足锅炉燃烧控制系统的控制要求；通过MATLAB仿真建立控制系统方案仿真模型，并从快速性、稳定性、鲁棒性、适应性、抗内扰能力上与常规PID 控制进行比较，从整体控制效果来看，比常规的PID 控制和常规的模糊控制的效果要好得多。
2 循环流化床锅炉系统概述
2.1 循环流化床锅炉系统简介
循环流化床锅炉是一种高效、节能的环保型锅炉。一经问世，在国内外迅速得到了推广和发展。循环流化床锅炉在结构和运行方式上与常规煤粉锅炉相比有着显著的差异，同时在燃烧控制调节方式上也存在有许多不同之处。由于循环流化床锅炉自身的工艺特点（对热工参数的特殊要求）使得控制难度更大，要求更高。
循环流化床锅炉是由鼓泡床锅炉（沸腾炉）的基础上演变而来的，与鼓泡床锅炉（沸腾炉）有许多相似的地方，继承了鼓泡床锅炉鼓泡床和快速床等优点。循环流化床锅炉由流化床燃烧室（炉膛）、循环灰分离器、飞灰回送装置、锅炉受热面和一些辅助设备构成。循环流化床锅炉系统主要包括燃烧系统和汽水系统两大系统，燃烧系统通过锅炉燃料燃烧完成燃烧转变为烟气的热能，以加热工质水；汽水系统的功能则是通过锅炉的受热面吸收烟气的热能，完成由水转变为饱和蒸汽，再转变为过热蒸汽的过程，送到汽轮机系统。
2.2 循环流化床锅炉工作原理
循环流化床的基本工作原理是燃料在流化状态下燃烧。一般煤粉颗粒分为细小颗粒与粗重颗粒，细小煤粉颗粒在锅炉燃烧室的上部燃烧，粗重颗粒在下部燃烧，流化床炉底部是含有多孔的布风板，空气经送风机高速的穿过孔洞，快速进入布风板的床料层里，床料层内部分布着不同的煤粉颗粒与穿过的高速空气充分接触，上下翻滚，形成一种“沸腾”的状态。燃料在形成“沸腾”的过程与空气有良好的接触，燃料着火点低，燃烧速度快，燃料的燃尽度高,一般性能良好的循环流化床锅炉燃烧效率可达到98％～99％以上[4]。床内还装置了以水和蒸汽的冷却介质的埋管，使床层温度控制在800-1000℃范围内。烟气中的大部分固体颗粒经高温过热器、低温过热器、到旋风分离器，到达在炉膛出口处时，利用各种分离器将烟气中的大部分固体颗粒分离，再回到炉膛密相区反复循环的燃烧，提高燃烧效率、减轻环境污染。
2.3 循环流化床锅炉的优点
循环流化床锅炉技术越来越得到广泛的应用，现在国内外大型、超大型的火力发电厂锅炉基本上都是采用的循环流化床锅炉，并且经过运行实践，得到了很好的验证。循环流化床锅炉之所以能够被火力发电厂采纳运用，与它自身独特的优势是离不开的。
循环流化床锅炉具有以下优点：
(1) 燃料适应性广：这是循环流化床锅炉的主要优点之一，循环流化床锅炉既燃用各种传统的燃料，又可以传统锅炉难以燃烧的石煤、泥煤、低热值无烟煤、油页岩以及工农业废料等劣质燃料[5]。在循环流化床锅炉中按重量计，燃料仅占床料的1～3%，其余是不可燃的固体颗粒，如脱硫剂、灰渣等。由于床内混合剧烈，把煤料加热到很低的着火温度便开始燃烧。在这个加热过程中，床层温度影响很小，所吸收的热量只占床层总热容量的千分之几，而煤颗粒的燃烧，又释放出热量，从而能使床层保持一定的温度水平，着火容易，处理简单；
(2) 燃烧效率高：循环流化床气具有固混合良好;燃烧速率高等特点，燃料在炉膛内经过反复燃烧，停留时间长，并且炉内紊流运动非常强烈，因此其具有很高的燃烧效率。循环流化床相较于一般锅炉燃烧效率高达98%～99%以上，燃用较好煤种时燃烧效率与煤粉炉相同，燃用劣质煤时燃烧效率要远远高于煤粉炉燃烧效率；
(3) 负荷调节范围大：循环流化床锅炉的负荷调节比可达(3～4)：1，负荷调节速率也很快，一般可达每分钟4%。循环流化床锅炉中物料循环量调节简单，当负荷变化时，只需调节给煤量、空气量和物料循环量，具有负荷调节性能和低负荷运行性能，能适应调峰机组的要求,负荷的调节范围大到25%～100%，负荷的连续变化速率可达5%～10%；
(4) 脱硫效果好：循环流化床锅炉燃烧与一般锅炉燃烧相比脱硫优势明显，脱硫剂在烟道中多次循环，与烟气接触时间长，当钙硫比为1.5～2.0时，脱硫率可达85～90%。而一般锅炉，脱硫效率要达到85～90%，钙硫比要达到3～4，钙的消耗量大一倍。循环流化床锅炉不需采用尾部脱硫脱硝装置，在投资和运行费用方面大幅节约经济成本；
(5) 氮氧化物(NOx)排放低：循环流化床锅炉是低温燃烧，抑制燃料中的氮
转化为NOx,且有较大的二次风率,使得空气中的氮一般不会生成NOx,循环流化床锅炉的NOx排放范围为50～150ppm或40～120mg/MJ，明显低于国家排放标准；
(6) 灰渣综合利用强：灰渣的综合利用强是循环流化床锅炉另一个非常不错的优点。由于低温燃烧，灰渣不容易软化和粘结，燃烧的腐蚀作用也比常规煤粉锅炉小很多。炉内优良的燃尽条件使得锅炉的灰渣含炭量非常低(含炭量小于1%)，属于低温烧透，有利于灰渣金属的提取，也可以用作水泥掺和料或做建筑材料，有利于灰渣的综合利用。
2.4 循环流化床锅炉燃烧特点
锅炉炉膛燃烧状况与炉膛压力有着密切的联系，一旦锅炉燃烧出现了问题，最先往往从炉膛压力上表现出异常，要想控制好锅炉炉膛压力，必须了解好锅炉燃烧特点。因此，通过分析炉膛燃烧状况，提取出锅炉压力的特征量做出准确判断，减少机组运行人员的工作量，提高锅炉系统的安全经济性。循环流化床锅炉的燃烧原理如下图2.1所示。
图2.1循环流化床锅炉的燃烧原理
循环流化床锅炉整个自动控制系统的难点是的燃烧系统控制，不仅自身控制复杂，还要考虑多方面因素。它既要维持合理的风煤比来维持锅炉的正常燃烧、保障燃烧效率、保持炉膛正常负压[6]；又要满足热负荷的需要（即稳定蒸汽压力）；还肩负着保持床温稳定在850°C～950°C 范围之内与高效、节能、控制NOx和SO2排放量等诸多任务。并且，蒸汽压力与床温在控制回路间的耦合关系非常紧
密，难以单独区分。
循环流化床锅炉为保持自身的优点，它比一般锅炉具有更多的输入和输出变量、更加复杂的耦合关系、更多的影响因素。当锅炉给煤量、给水量、引风量、一次风量和二次风量、返料量（内扰）或者各种负荷发生变化（外扰）改变时，所有输出量包括炉膛负压、床温、汽包水位、蒸汽温度、蒸汽压力等都要发生一定程度的变化[8]。实际早期的控制系统采用的是多回路的PID控制系统，所有的被调量都具有一定的精度。但实际上这样的调节比较困难，当系统受到某一扰动时，各个调节量需要同时协调动作。现在火力发电厂一般将循环流化床锅炉的自动控制系统分成几个相对独立的控制系统，主要包括：炉膛负压控制回路；床温控制回路；过热汽温控回路；主蒸汽压力控制回路；床层高度控制回路；二级返料回料控制回路；汽包水位控制回路。由于分成了多个的独立单回路控制系统，给煤量、空气量、返料量等控制变量间的非常紧密耦合关系不存在了，考虑因素大大减少，控制结果也比较满意，因此得到较广泛的应用。
循环流化床锅炉燃烧系统在高效、节能、控制NOx和SO2 排放量等方面也具有独特的燃烧特点。由于循环流化床锅炉独特的循环燃烧方式，炉膛内燃烧的燃尽度很高，循环流化床锅炉内的固体燃料经历了从炉膛、分离器和返料装置返回炉膛不断的循环运动，使燃烧过程达到了高效、节能的要求；另一方面，炉膛循环燃烧使燃料燃烧的时间延长了，炉内温度水平也降低了不少，这样的温度远低于普通煤粉中的温度水平[9]。这种“低温燃烧”方式的好处有很多，对灰特性的敏感性降低，氮氧化物生成量减少，能在炉膛内组织廉价且高效的脱硫工艺等，很好的控制了NOx和SO2排放量。
3 炉膛负压控制方案
3.1 炉膛压力控制系统
炉膛负压的变化，反映了引风量与送风量的不相适应。通常要求炉膛负压保持在10-40Pa的范围内。这是燃烧工况，锅炉的工作条件，炉膛的维护及安全运行都最有利。如果炉膛负压太大，炉膛漏风量增大，使引风机的电耗增加和烟气带走的热量损失严重[10]；炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，不仅影响环境卫生，甚至危及操作设备与现场工作人员。因此，维持炉膛压力在一定的范围之内是非常重要的。
循环流化床的锅炉压力控制可以通过调节燃料量、送风量与引风量来完成，在一般情况下，主要是通过引风量来调节。在燃烧过程自动调节系统负荷稳定时，燃烧量、送风量和引风量保持不变。当在燃烧过程自动调节系统负荷发生变化时，只需调节引风量(引风量调节对象的动态响应快，测量简单，引风量调节系统一般采用以炉膛负压作为被调量的单回路控制系统控制)便可以保持炉膛负压在规定的范围之内。引起负压波动的主要原因是送风量的变化，将送风量作为前馈引入引风调节器中，引风量能够快速地跟踪送风量，以保持二者的比例，因此当送风控制系统发生变化时，引风控制系统也能立即做出相关的响应，不需要等炉膛负压偏离一定的程度给定值后再动作，从而能使炉膛负压始终能够保持在一定的范围内。将引风量控制与送风前馈信号相结合控制系统，有利于减小炉膛负压的动态偏差和提高引风控制系统整个的稳定性，维持炉膛压力控制在一个正常的范围之内。
3.2 炉膛负压动态特性
一个好的炉膛负压系统控制方案，必须掌握好炉膛负压的动态特性。没有了解炉膛负压的动态特性，始终也无法达到最佳的控制效果，甚至危及锅炉机组的安全运行。
炉膛负压的控制对象为引风量，主要通过调节引风机入口挡板的开度来控制炉膛负压，但是在实际运行过程中，送风量的大小会对炉膛负压产生较大的影响，
通常把引风量作为内扰，送风量作为为外扰。由于送风量是主要的干扰因素之一，送风量信号通常为作前馈信号处理[11]。如图3.1所示。
图3.1 炉膛负压动态特性
动态特性可描述为：
n
S S T k s x s y G )1()()()(+== （3-1） 式中，K 是系统模型的增益系数；T 是时间常数；n 代表传递系统的阶次[12]。
它们其中的每一个值发生改变，都会影响传递函数曲线的最终效果。
炉膛负压的动态特性曲线表示的是：当引风量信号发生阶跃变化时，被控对
象随时间的变化响应，由于被控对象炉膛负压对变化的反应较快，所以可将其做
比例环节来处理。
燃烧过程被控对象的被调量作为保证良好燃烧条件的锅炉内部参数，只要是
送风量和引风量随时与燃料量在变化时保持适当的比例就能保证被调量不会有
多大变化。当送风量或引风量单独变化时，炉膛负压的惯性很小，可近似地被认
为是一个时间常数很小的一阶惯性环节。当燃料量或送风量单独改变时，燃烧经
济性也立即地发生变化。
3.3 炉膛负压模糊PID 控制方案
一般火力发电厂炉膛负压控制是主要通过控制引风量来调节，而引风量落后
于送风量的控制，可能引起控制系统较大的波动，产生振荡，造成不稳定因素，无法实现准确炉膛负压控制。所以，将送风量作为前馈信号与以引风量为反馈信
号——共同组成前馈反馈复合控制系统作为该炉膛负压控制方案。
该控制方案把送风量信号通过前馈补偿器补偿后的输出信号送到引风调节
器中，通过调节引风机入口挡板的开度，使炉膛压力保持在正常的浮动范围内。
该前馈系统是一个快速的前馈补偿系统，可通过适当的计算可以确定其前馈补偿传递函数，当控制系统处于静态时，前馈补偿器的输出为零，便可以让炉膛负压维持在给定值。该控制系统的控制器采用的是模糊PID控制器，模糊PID控制器模块，是本文设计的核心，将输入量（给定值与实际值之差）送到模糊PID 控制器中，由模糊控制部分对其进行模糊化，通过模糊处理机在线调整PID 控制器的三个参数进行控制，能够很好控制偏离的负压，使负压回到正常范围之内。该反馈系统将输出负压信号经过转换器转换送到控制器前面与给定值进行比较，根据输入与输出信号的实际情况来决定控制策略，不仅使负压控制系统的误差减小，还可以使波动的负压快速的回到正常范围内趋于稳定。炉膛负压的控制系统控制原理图如图3.2所示。
图3.2炉膛负压的控制系统控制原理图
该设计巧妙的采用了模糊PID控制器和前馈-反馈相结合的控制方案。由模糊控制器与PID控制器结合起来的模糊PID控制器，吸取了各自的优点，使之快速、精确实行控制；前馈-反馈控制是将前馈和反馈的优点结合起来的控制，根据偏差进行纠正，使干扰获得补偿，稳定输出，可以有效的消除稳态误差。相比于以前单一的炉膛负压控制，该方案是一个非常不错的控制方案，能够完美的达到预期效果。
3.4 炉膛负压系统建模
模型函数是由系统的本质特性确定的，与输入量无关。知道模型函数以后，
就可以由输入量求出输出量，或者根据需要的输出量确定输入量，从而使系统实
行较好的控制，炉膛负压控制系统中有炉膛负压模型函数、前馈通道模型函数、前馈补偿函数三组模型函数。
根据动态特性以及控制方案，查找相关资料文献[13][14][15]可得：
炉膛负压传递函数为：
G （S ） = 9
38.5s e 4.3-s
+ （3-2） 前馈通道传递函数为：
G （S ） = 131
2++s s
（3-3） 动态前馈补偿器为:
G （S ）= 0.13
（3-4）
4 模糊PID控制系统设计
4.1 模糊控制
模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，自从七十年代Zadeh创立的模糊数学，对不明确系统的控制有极大的贡献，一些实用的模糊控制器的相继出现，使得我们在控制领域向前迈进了一大步。经过几十年的发展，模糊控制以现代控制理论为基础,同时与自适应控制技术、人工智能技术、神经网络技术的相结合,在控制领域得到了空前的应用。
4.1.1模糊控制器的基本组成
模糊控制器也称为模糊逻辑控制器，由于其所采用的模糊控制规则是由模糊理论中模糊条件句来描述的,因此,模糊控制器是一种语言型控制器,故也称为模糊语言控制器，模糊控制器通常由模糊化、知识库、模糊推理和清晰化四大部分组成[16]，如图4.1所示。
图4.1模糊控制器结构图
(1)模糊化
模糊化主要是指将选定模糊控制器的精确输入量转换为模糊控制系统可识别的模糊量，其具体过程包括以下三步：
第一，对输入量进行处理，并满足模糊控制需求的；
第二，对输入量进行相关的变换，并使其变换到各自的论域范围内；
第三，确定各输入量的模糊语言取值和相应的隶属度函数。
(2) 知识库
知识库中包含了各种应用领域中的知识和要求的控制目标。通常由数据库和模糊控制规则库两大部分组成。
第一部分数据库主要包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子以及模糊空间的分级数等。
第二部分规则库包括了用模糊语言变量表示的一系列控制规则。它们反映了控制专家的经验和知识。
(3) 模糊推理
模糊推理是模糊控制器的核心，是指采用某种推理方法，由采样时刻的输入和模糊控制规则导出模糊控制器的控制量输出。
(4)清晰化
与模糊化相反，模糊推理机得到的仍是模糊集合的形式，而对于实际的控制则必须是清晰量，因此需要将模糊量转换为清晰量，这就是清晰化或称为反模糊化计算所需要完成的任务。
4.1.2 模糊控制基本原理
模糊控制系统的结构与常规计算机数字控制系统类似，只是控制器为模糊控制器。模糊控制系统方框图如图4.2所示。
图4.2 模糊控制系统方框图
模糊控制实现过程为：微机经中断采样获取被控量的精确值，然后将此值与给定值比较得到误差信号E,将误差信号E[17]的精确值进行模糊化变成模糊量并用模糊语言表示，得到模糊语言集合的一个子集e(一个模糊向量)，再由e和模糊控制规则R（模糊关系）根据模糊推理的合成规程进行模糊决策，得到模糊控制量为：
U = e. R （4-1）
式中，U为一个模糊量。
将U转换为精确量（非模糊化处理），经数/模转换变成精确的模拟量送给执行机构，对被控对象进行一步控制。然后中断等待第二次采样，进行第二步控制。接着第三步控制......循环下去，直到完成最后一步控制，实现对被控对象的模糊控制。
4.2 PID控制理论
在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分综合控制，简称PID控制。PID控制作为最早实用化的控制从提出到现在已有100多年历史，PID控制简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制。
4.2.1 PID控制基本原理
PID 控制是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的，主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。P常规PID控制系统原理框图如图4.3所示。
图4.3 常规PID控制系统原理框图
PID的线性控制是根据定值r(t)与实际值输出y(t)构成的偏差：
t
=(4-2)
r
e-
y
)(
t
)(
)(t
控制器对误差信号e (t) 进行比例、积分、微分运算，构成控制系统的控制
信号u （t ），再送到被控对象加以控制。
PID 控制器的数学模型可以用下式表示:
])()(1)([)(0dt t d T d e T t e K t u e t
d i p ?++=ττ (4-3) 式中： u(t)为控制器的输出；
e(t)位控制器输入，它是给定定值与被控对象输出值的差，称偏差信号； P K 控制器的比例系数；
i T 为控制器的积分时间；
d T 为控制器的微分时间。
PID 控制即比例-积分-微分控制，通过P K ，i K 和 d K 三个参数的设定， 由比例单元 P 、积分单元I 和微分单元D 三部分组成。
比例（P ）控制
该单元主要作用是以成比例的方式反映系统的偏差信号，当系统有偏差产生时，该环节就会马上发挥控制调节的功用，减小产生偏差。比例单元的系数越大，该环节响应偏差变化就会越快，从而加快调节的速度；但是比例系数如果过大，则可能会使超调量太大，甚至降低系统的稳定性，造成系统崩溃。
积分(I)控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制能最终消除扰动对被调量的影响，实现无差调节。然而积分调节不及时，又使调节过程的动态偏差加大，过度时间加长，相对而言又是系统稳定性下降。因此，在积分控制下引入比例积分，形成比例+积分（PI ）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
微分(D)控制
微分调节是一种超前调节方式，微分控制对偏差的变化趋势非常敏感,增大微分控制作用可加快系统响应,减小超调量,克服振荡,提高系统的稳定性,但使系统抑制干扰的能力降低。因此，对有较大惯性或滞后的被控对象,单一采用微分调节是不够的，应该加入比例调节，比例+微分（PD ）控制器能改善系统在调节
过程中的动态特性。
4.2.2 PID 控制算法
计算机控制是一种采样控制,通过传感器测量得到的连续信号,必须经过采样和量化后,变成数字量,才能进入计算机的存贮器和寄存器,因而在计算机控制系统中,使用的是数字控制器,数字控制算法通常分为位置式控制算法和增量式控制算法。增量式控制算法计算简单，抗干扰能力强，手自动之间切换无冲击，故本文采用增量式PID 控制算法。公式如下：
)]1()([)()()(0--=+=∑=k e k e K i e K k e K t u D k
i I P (4-4)
)]2()1([)()()(1
0---++=∑-=k e k e K j e K k e K t u D k j I P (4-5)
式（4-4）减去式（4-5），得
)2()1(2)([)()]1()([)(-+--++--=?k e k e k e K k e K k e k e K k u D I P )1()([)()(-?-?++?=k e k e K k e K k e K D I P （4-6） 式中,
)1()()(--=?k e k e k e
采用增量式算法时,计算机输出的控制增量)(k u ?对应的是本次执行机构位的增量。计算的得到的 k 次采样控制器的输出信号，只需要知道 k , （k-1）, （k-2） 时刻的偏差，及上一时刻的输出值 u （k-1）即可。来实现而目前较多的是利用算式)()1()(k u k u k u ?+-=通过执行软件来完成。
4.2.3 PID 参数整定
在实际工程中，PID 控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的动静态特性确定PID 控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。
PID 控制器参数整定的方法很多，总结起来有两大类：第一种是工程整定方法，它主要依赖相关工程经验，直接在控制系统的试验中进行，并且方法简单、易于掌握，在工程运用中被广泛采用;第二种是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，通过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据不
课程实验总结报告 实验名称:炉膛负压与氧量校正控制 课程名称:专业综合实践：大型火电机组热控系统设计及实现（3）
1 引言 (2) 1.1 炉膛负压概述 (2) 2 控制逻辑 (2) 2.1 炉膛压力控制 (2) 2.1.1 相关图纸 (2) 2.1.2 控制原理 (2) 2.1.3 控制逻辑 (3) 2.2 氧量校正 (3) 2.2.1 相关图纸 (3) 2.2.2 控制原理 (3) 2.2.3 控制结构 (4) 2.2.4 氧量校正控制逻辑 (4) 2.2.5 二次风控制逻辑 (5) 3 被控对象特性 (6) 3.1 静态特性 (6) 3.2 动态特性 (8) 3.2.1 炉膛压力 (8) 3.2.2 含氧量 (8) 4 PID整定 (9) 4.1 炉膛负压控制器 (9) 4.2 氧量校正 (11) 5 总结 (12)
1 引言 1.1 炉膛负压概述 炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。 炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。 炉膛负压的大小受引风量、鼓风量与压力三者的影响。锅炉正常运行时，炉膛通常保持负压 -40 ~ -60Pa 。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。 2 控制逻辑 2.1 炉膛压力控制 2.1.1 相关图纸 SPCS-3000 控制策略管理5号站132~133页。 2.1.2 控制原理 炉膛压力调节系统通过调节两台引风机的静叶来调节炉膛压力。当引风机入口静叶开度开大，引风作用加强，炉膛压力减小；开度减小，引风作用减弱，炉膛压力增大。因此该控制系统为负对象。 被控量：炉膛压力 被控对象：引风机入口静叶 控制量：引风机入口静叶开度 图2-1 炉膛负压控制框图
. '. 炉膛压力异常分析和调整 对于负压燃烧锅炉，如果炉膛正压运行，则炉烟往外冒出，既 浪费能源又影响设备和工作人员的安全；反之，如果炉膛负压太大，又会使大量的冷空气漏入炉膛内，降低炉膛温度，增大了引风机负荷和排烟带走的热量损失。所以保持炉膛压力在合适范围内运行是非常重要的，引起炉膛压力波动的原因很多，下面进行详细分析。 1、锅炉脱硫系统故障，脱硫烟气挡板脱落造成炉膛正压。 处理：1）如果炉膛负压自动调节跟踪不好，应解除送引风机自动，手动调节。 2）如果经调整后，炉膛正压仍上升迅速并达到保护动作值，锅炉灭火保护应动作，如果没有正确动作应手动MFT，防止炉 膛正压损坏设备。 3）如果炉膛正压未达到保护动作值，应立即解除锅炉燃料自动停运一台磨煤机，此时机组会在机跟炉方式运行，随锅炉燃 料量的减少机组负荷将相应下降，视汽包水位及炉膛压力上 升情况投入油枪后可每隔10秒停运一台磨煤机，直至炉膛负 压达到微负压为止，期间注意调整一次风压，防止一次风机 喘振。 4）在停运磨煤机降负荷时，注意监视汽包水位自动跟踪情况，如果水位变化较大，降负荷速度就要缓慢，防止汽包水位高
低保护动作 5）如果在此期间发生引风机喘振，应解除引风机自动逐渐关小引风机静叶直到引风机喘振消失 6）机组降负荷的过程中，机组长根据负荷情况及时将锅炉给水调节切旁路调节，以维持其前后压差满足减温水要求，防止 造成主、再热汽温度异常 7）待炉膛负压恢复后，立即对锅炉本体进行全面检查，特别注意对锅炉各油层及炉底水封进行详细检查，防止因高温烟 气造成着火，如果已造成着火的立即进行紧急灭火并通知 消防队。 2、锅炉冷态点火爆燃造成炉膛压力突然变正。 预防措施：1）下层磨煤机尽量上好煤，保证高挥发分。 2）等离子拉弧正常。 3）等离子磨煤机暖风器运行正常。 4）保证空预器出口热一二次风温大于150-200度。 5）等离子磨煤机无油点火启动后180秒没有火检，且就地看火燃烧状况不良，立即停运等离子磨煤机，投入油枪点火，待条件满足后重新启动等离子磨煤机。 6）若无油点火，严格按照锅炉启动第一台磨的措施，待炉膛温度达到一定温度后再投入制粉系统。 7）点火前炉膛进行充分吹扫，彻底将可燃物吹出炉膛。
目录一设计任务与要求 二系统校正的基本方法与实现步骤 三PID的控制原理与形式模型 四设计的原理 五设计方法步骤及设计校正构图 六设计总结 七致谢 八参考文献
一 设计任务与要求 校正对象： 已知单位负反馈系统，开环传递函数为：s s s s G 1047035.87523500 )(23++=，设 计校正装置，使系统满足： （1）相位稳定裕量o 45≥γ （2）最大超调量%5≤σ 二 系统校正的基本方法与实现步骤 系统校正就是在自动控制系统的合适位置加入适当的装置，以改善和提高系统性能。按照校正装置在自动控制系统中的位置，可分为串联校正，反馈校正和顺馈补偿。 顺馈补偿方式不能独立使用，通常与其他方式同时使用而构成复合控制。顺馈补偿装置满足一定条件时，可以实现全补偿，但前提是系统模型是准确的，如果所建立的系统模型有较大误差，顺馈补偿的效果一般不佳。 反馈校正主要是针对系统中的敏感设备——其参数可能随外部环境条件发生变化，从而影响自动控制系统的性能——给敏感设备增加局部负反馈支路以提高系统的抗扰能力。由于负反馈本身的特性，反馈校正装置通常比较简单，只有比例（硬反馈）和微分（软反馈）两种类型。 串联校正是最基本也是最常用的校正方式，根据校正装置是否使用独立电源，可分为有源校正装置和无源校正装置；根据校正装置对系统频率特性的影响，可分为相位滞后、相位超前和相位滞后－超前校正装置；根据校正装置的运算功能，可分为比例（P ）校正、比例微分（PD ）校正、比例积分（PI ）校正和比例积分微分（PID ）校正装置。
三 PID 控制的原理与形式模型 具有比例-积分-微分控制规律的控制器，称PID 控制器。这种组合具有三种基本规律各自的特点，其运动方程为： dt t de dt t e t e t m K K K K K d p t i p p )()()()(0++=? 相应的传递函数为： ??? ? ? ? + +=S S s K K K G d i p c 1)( S S S K K K d i p 12++ ?= PID 控制的结构图为： 若14 科技学院 课程设计报告 ( 2013-- 2014年度第一学期) 名称：控制装置与仪表 题目：炉膛压力系统死区控制系统设计院系：科技学院 班级：自动化 学号： 学生姓名： 指导教师：平玉环 设计周数：一周 成绩： 日期：2014年7 月3 日 一、课程设计(综合实验)的目的与要求 1.1 目的与要求 （1）认知控制系统的设计和控制仪表的应用过程。 （2）了解过程控制方案的原理图表示方法（SAMA图）。 （3）掌握数字调节器KMM的组态方法，熟悉KMM的面板操作、数据设定器和KMM数据写入器的使用方法。 （4）初步了解控制系统参数整定、系统调试的过程。 1.2设计实验设备 KMM数字调节器、KMM程序写入器、PROM擦除器、控制系统模拟试验台1 1.3 主要内容 1. 按选题的控制要求，进行控制策略的原理设计、仪表选型并将控制方案以SAMA 图表示出来。 2 . 组态设计 2．1 KMM组态设计 以KMM单回路调节器为实现仪表并画出KMM仪表的组态图，由组态图填写 KMM的各组态数据表。 2．2 组态实现 在程序写入器输入数据，将输入程序写入EPROM芯片中。 3. 控制对象模拟及过程信号的采集 根据控制对象特性，以线性集成运算放大器为主构成反馈运算回路，模拟控制对 象的特性。将定值和过程变量送入工业信号转换装置中，以便进行观察和记录。 4. 系统调试 设计要求进行动态调试。动态调试是指系统与生产现场相连时的调试。由于生产 过程已经处于运行或试运行阶段，此时应以观察为主，当涉及到必需的系统修改 时，应做好充分的准备及安全措施，以免影响正常生产，更不允许造成系统或设 备故障。动态调试一般包括以下内容： 1)观察过程参数显示是否正常、执行机构操作是否正常； 2)检查控制系统逻辑是否正确，并在适当时候投入自动运行； 3）对控制回路进行在线整定； 4）当系统存在较大问题时，如需进行控制结构修改、增加测点等，要重新组态下装。 二题目分析设计： 系统整体控制方案（燃煤锅炉） 1，炉膛负压概述 炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系， 内蒙古科技大学 过程控制课程设计论文 题目：锅炉炉膛负压控制系统 学生姓名：严合 学号：0867112335 专业：测控技术与仪器 班级：测控2008-3 指导教师：左鸿飞 2011 年08 月31 日 目录 一、概述 (Ⅲ) 二系统要求及组成 (Ⅴ) 2.1系统的要求 (Ⅴ) 2.2炉膛负压的动态特性 (Ⅴ) 2.3引风控制系统的工况 (Ⅴ) 2.4系统的组成 (Ⅵ) 三应注意的问题 (Ⅷ) 3.1抗积分饱和及外反馈法 (Ⅷ) 3.2 采用死区非线性环节 (Ⅸ) 3.3 引风机1和2的双速调节 (Ⅸ) 3.4 炉膛压力的测量 (Ⅹ) 3.5 内爆保护 (Ⅹ) 四、仪表选型及参数整定 (Ⅺ) 4.1 前馈-反馈控制系统 (Ⅺ) 4.3 传感器的选择 (Ⅺ) 4.4 选择控制系统设计 (Ⅺ) 五课程设计体会 (Ⅻ) 六参考文献 (ⅩⅢ) 一概述 锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数（2.45Mpa- 27MPa ，400℃-570℃），并对外输出热能的特种设备。锅炉控制的主要目的是调节锅炉出口的蒸汽压力、流量和温度，使其达到所希望的数值。为此，需要对燃料、空气和水三者的量进行调节。锅炉是一个复杂的系统，对锅炉工况造成影响的因素之一是来自外部和内部的扰动，如燃料发热量的变化或热力系统工况的变化等。控制器或控制系统根据锅炉出口蒸汽参数实际值偏离其设定值的大小和方向，调节燃料量、空气量和水量，使锅炉出口参数与其所希望的值相一致。 锅炉除配有相应的仪表系统外，主要有以下控制系统：汽包液位控制系统；燃料控制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的控制系统；燃烧器程序控制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其控制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。 而其中最重要的系统是燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变化（外扰）。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和鼓风控制三个子系统。 燃料控制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力控制器，经控制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧控制器根据锅炉燃烧率的指令信号的变化调整入炉燃料量。 同时，锅炉燃烧率的指令信号也加入到鼓风控制子系统中，对鼓风量进行调整。为保证燃烧的过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采用具有烟气氧量校正调节的鼓风控制系统，形成有燃料量前馈调节的串级控制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校 数字PID控制器设计 实验报告 学院电子信息学院 专业电气工程及其自动化学号 姓名 指导教师杨奕飞 数字PID控制器设计报告 一．设计目的 采用增量算法实现该PID控制器。 二．设计要求 掌握PID设计方法及MATLAB设计仿真。 三．设计任务 设单位反馈系统的开环传递函数为： 设计数字PID控制器，使系统的稳态误差不大于，超调量不大于20%，调节时间不大于。采用增量算法实现该PID控制器。 四．设计原理 数字PID原理结构图 PID控制器的数学描述为： 式中，Kp为比例系数；T1为积分时间常数；T D为微分时间常数。 设u(k)为第K次采样时刻控制器的输出值，可得离散的PID表达式为:? 使用模拟控制器离散化的方法,将理想模拟PID控制器D(s)转化为响应的理想数字PID控制器D(z).采用后向差分法,得到数字控制器的脉冲传递函数。 2.增量式PID控制算法 u(k)=u(k-1)+Δu(k) 增量式PID控制系统框图 五．Matlab仿真选择数字PID参数 利用扩充临界比例带法选择数字PID参数，扩充临界比例带法是以模拟PID调节器中使用的临界比例带法为基础的一种数字PID参数 的整定方法。其整定步骤如下 1)选择合适的采样周期T：，因为Tmin<1/10 T,选择采样周期为； 2)在纯比例的作用下,给定输入阶跃变化时,逐渐加大比例作用 Kp(即减小比例带δ),直至系统出现等幅震荡,记录比例增益 Kr,及振荡周期Tr 。Kr成为临界振荡比例增益(对应的临界比 例带δ),Tr成为临界振荡周期。 在Matlab中输入如下程序? G=tf(1,[1/150,36/150,185/150,1]); p=[35:2:45]; for i=1:length(p) Gc=feedback(p(i)*G,1); step(Gc),hold on end; axis([0,3,0,]) 得到如下所示图形： 改变其中的参数P=[35:2:45]为p=[40:1:45]得到下图曲线，得Kr约为43，Tr 1锅炉系统控制要求1.1主要监测参数 1.2控制部分 根据锅炉出口热水温度、热水流量、热水压力、炉膛压力、烟气含氧量自动调节锅炉给煤量、鼓/引风机风量，以保证锅炉处于最佳的燃烧状态，最佳热效率，控制调节系统采用西门子PCS7控制系统，并备有手动和自动操作模式。 1.3联锁控制部分 此项目涉及到锅炉电机起停保护，原则为启动电机顺序一次是引 风机、一次风机、二次风机、炉排电机、给煤机。停止电机顺序一次是炉排电机、给煤机、一次风机、二次风机、引风机。如果引风机停，必须停一次风机和二次风机，如果一次风机停，必须停二次风机和炉排电机和给煤机。 当锅炉运行中出现下列情况时，设置自动切断鼓、引风机的装置： ●锅炉压力降低至0.4MPa时； ●锅炉水温升高至140℃时； ●锅炉出口流量低于420t/h； ●循环水泵突然停止运行时； 锅炉的引风机与鼓风机之间设置联锁： ●启动：引风机－鼓风机－炉排 ●停止：炉排－鼓风机－引风机 锅炉的炉排与除渣机之间设置联锁： ●启动：除渣机－炉排 停止：炉排－除渣机 2锅炉自动控制特点 锅炉的燃烧控制主要解决的是锅炉的热平衡问题。当外网的负荷变化时，相应的一、二次风量分配也会变化。因此，锅炉的燃烧控制即要控制给煤量，也要控制一、二次风的给风量。也就是要根据外网的负荷变化情况来控制锅炉的给煤量。根据锅炉燃料的供给速度来控制锅炉的一、二次风量，再根据锅炉的出口的烟气的含氧量对风/煤 比进行自动调整。 锅炉自动控制系统将整个锅炉控制分成如下几个部分：燃烧过程控制、给水母管压力控制，除氧器控制。燃烧过程控制又可以分成送风控制、炉排转速控制、炉膛负压控制，此三部分相互关联。 燃烧系统自动调节的第一个任务是维持锅炉出口热水温度保持稳定，克服自身燃料方面的扰动，保证负荷与出力的协调；第二个任务是使燃料量与空气量相协调（风煤比），保证燃烧的经济性；第三个任务是使引风量与送风量相适应，维持炉膛压在一定范围内。 由于锅炉在运行过程中负荷经常发生变化，这样必须随负荷变化及时调整燃料量，锅炉中，进出热量的平衡体现在锅炉出口热水温度，负荷调节即温度调节，温度调节通过燃料量的调节即炉排转速的改变来实现。因此在具体的控制设计中基本上应根据负荷来设定炉排转速——粗调，根据锅炉出口热水流量来细调炉排转速；根据炉排转速来设定送风——粗调，由烟气含氧量来细调送风量，再根据送风来调整引风以维持负压。 细调过程在规则控制中实现，粗调在大的负荷变动中采用。粗调要求有比较准确的炉排转速与负荷的对应表、鼓风与引风的对应表。细调要求有准确的专家经验。对应表及规则表可写入程序并可在界面中修改。 第四章锅炉炉膛安全监控系统（FSSS） 第一节FSSS概述 随着锅炉容量的不断增大，需要控制的燃烧设备数量也随之增多，如点火装置、油燃烧器、煤粉燃烧器、一次风档板、二次风档板等等。燃烧设备的操作过程也趋于复杂化，如点火油枪的投运操作包括：点火油枪的推入、雾化蒸汽阀开启、进油阀开启、电点火器的投入与断开等。煤粉燃烧器的投运操作包括：一次风档板和二次风档板的开启、煤粉挡板的开启、给粉机启动等。点火油枪的解列操作包括：进油阀关闭、油枪吹扫入油枪退出等。煤粉燃烧器的停运操作包括：停给粉机、煤粉挡板的关闭、二次风挡板的关闭等。在锅炉启停工况和事故工况时，燃烧器的操作更加繁琐，由于操作不当很容易造成事故。 当锅炉炉膛内压力增高到一定值时，因炉膛面积较大，可能发生损坏水冷壁管的事故，严重时甚至会使锅炉炉墙、支架损坏，致使锅炉报废。 国内锅炉过去缺少燃烧安全控制系统，每年较大型锅炉发生炉膛爆燃事故几十起，损失巨大。目前，国内外大、中型发电机组都装有炉膛安全监控系统。炉膛安全监控系统的英文名称为Furnace Safeguard Supervisory System（简称为FSSS），也可称作燃烧器管理系统（Burner Management System，简称BMS）。炉膛安全监控系统是现代大型机组自动化 不可缺少的组成部分，它对炉膛的正常燃烧，锅炉的安全运行起着决定性的作用。 炉膛安全监控系统有两项重要作用，分别是锅炉安全保护作用和锅炉安全操作管理作用，分别由燃料安全系统（Fuel Safeguard System，简称FSS）和燃烧器控制系统（Burner Control System，简称BCS）完成。 锅炉安全保护作用主要包括在锅炉运行的各个阶段，对参数、状态进行连续地监视；不断地按照安全规定的顺序对它们进行判断、逻辑运算；遇到危险工况，能自动地启动有关设备进行紧急跳闸，切断燃料，使锅炉紧急停炉，保护主、辅设备不受损坏或处理未遂性事故。 锅炉安全操作管理作用主要包括制粉系统和燃烧器的管理即控制点火器和油枪，提供给粉（煤）机的自启动和停止，提供制粉系统监视和远方操作，防止危险情况发生和人为操作的误判断，误操作。分别监视油层、煤层和全炉膛火焰。当吹扫、燃烧器点火和带负荷运行时，决定风箱挡板位置，以便获得所需要的炉膛空气分布。同时还供状态信号到协调控制系统、全厂监测计算机系统及全厂报警系统等。 FSSS不仅能自动地完成各种操作和保护动作，还能避免运行人员在手动操作时的误动作，并能执行手动来不及的快动作。 FSSS和CCS（协调控制系统）是保障锅炉运行的两大支柱，FSSS和CCS相互有一定关系和制约，而FSSS的安全联锁功能是最高等级的。 本章主要介绍炉膛爆燃的原因及防止；压力特性及检测；FSSS的组成及功能等。 第二节FSSS系统功能 炉膛负压控制系统总结 炉膛负压一般采用两台引风机静叶或动叶、或者液偶执行机构来控制。控制方案采用单回路、平衡算法控制。引风控制看似简单，实际需要注意很多方面，具体如下： 1、信号处理 1）炉膛负压控制被调量一般采用三取中选择块，需要注意的是测点的选择必须包含炉膛两侧，不能取在同一侧；另外三取中选择块设置需要注意坏点、偏差大、变化速率设置等切除情况。 2）最后是由于炉膛负压本身具有小幅波动特点，所以为了保证系统稳定性和执行机构的使用，一般我们对三取中后的信号进行滤波处理，并对SP和PV 偏差量增加调节死区功能，需要注意的是滤波时间不能太长，死区不能太大，因为太长会影响事故工况调节反应时间。最好根据炉膛燃烧特点来确定。 2、参数设置 1）对于运行人员手动设定的SP需要加上下限来防止操作失误问题。 2）由于炉膛燃烧特性决定PID参数设置不能太强，在作定值扰动时达到模拟量验收规程中要求即可，不能片面的追求定值扰动曲线的调节时间、衰减率等。 3）执行机构动作速率，以及上限设置需要根据锅炉单侧辅机出力试验确定，防止引风机出现过流保护。 3、前馈、超迟、闭锁 1）负压控制前馈可以根据对其影响因素来设置，除了常规的送风机执行机构前馈外，可增加一次风机执行机构输出、启停磨影响、RB影响等。 2）事故工况下超迟主要包括：RB、MFT。RB尤其是一次风RB对于炉膛负压影响尤为明显，所以一般采取一次风RB触发时，引风机执行机构超迟关一定量，防止负压过低引起保护动作；MFT发生时炉膛负压肯定大幅下降，所以有必要超迟关一定量，即防内爆功能。 3）引风控制增加闭锁功能很有必要，直接用负压高低来闭锁减加引风执行机构，保证升降负荷以及事故工况下机组避免超更危险的方向发展。一般我们也用负压高低报警闭锁送风机加减。 基于SIMULINK的PID控制器设计与仿真 1.引言 MATLAB是一个适用于科学计算和工程用的数学软件系统，历经多年的发展，已是科学与工程领域应用最广的软件工具。该软件具有以下特点：数值计算功能强大；编程环简单；数据可视化功能强；丰富的程序工具箱；可扩展性能强等。Simulink是MATLAB下用于建立系统框图和仿真的环境。Simulink环境仿真的优点是：框图搭建方便、仿真参数可以随时修改、可实现完全可视化编程。 比例-积分-微分（Proporitional-Integral-Derivative,PID）是在工业过程控制中最常见、应用最广泛的一种控制策略。PID控制是目前工程上应用最广的一种控制方法，其结构简单，且不依赖被控对象模型，控制所需的信息量也很少，因而易于工程实现，同时也可获得较好的控制效果。 2.PID控制原理 当我们不能将被控对象的结构和参数完全地掌握，或者是不能得到精确的数学模型时，在这种情况下最便捷的方法便是采用PID 控制技术。为了使控制系统满足性能指标要求，PID 控制器一般地是依据设定值与实际值的误差，利用比例（P）、积分（I）、微分（D）等基本控制规律，或者是三者进行适当地配合形成相关的复合控制规律，例如，PD、PI、PID 等。 图2-1 是典型PID 控制系统结构图。在PID 调节器作用下，对误差信号 分别进行比例、积分、微分组合控制。调节器的输出量作为被控对象的输入控制量。 图2-1典型PID 控制系统结构图 PID 控制器主要是依据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成控制偏差，用公式表示即e （t ）=r （t ）-y （t ），它本身属于一种线性控制器。通过线性组合偏差的比例（P ）、积分（I ）、微分（D ），将三者构成控制量，进而控制受控对象。控制规律如下： 1 01() ()[()()]p d i de t u t K e t e t dt T T dt =++? 其传递函数为： ()1()(1)()p d i U s G s K T S E s T s = =++ 式中：Kp--比例系数； Ti--积分时间常数； Td--微分时间常数。 3.Simulink 仿真 3.1 建立数学建模 3.2 仿真实验 在传统的PID 调节器中，参数的整定问题是控制面临的最主要的问题，控制系统的关键之处便是将Kp 、Ti 、Td 三个参数的值最终确定下来。而在工业 目录 1系统整体控制方案 (1) 1.1炉膛负压概述 (1) 1.2控制过程简述 (1) 1.3控制系统选择 (2) 1.4 系统流程图 (3) 2 仪表的选型 (3) 2.1 压力计选型 (3) 2.2 引风机选型 (4) 2.3 炉膛压力测量 (4) 3 系统方框图 (5) 4 被控对象特性 (5) 4.1 炉膛动态特性 (5) 4.2 控制算法的选择 (5) 5 系统仿真 (6) 5.1 各环节传递函数 (6) 5.2 matlab仿真 (7) 课程设计总结 (8) 参考文献 (8) （燃煤锅炉）炉膛负压单回路控制系统 一，系统整体控制方案（燃煤锅炉） 1，炉膛负压概述 炉膛压力是指送入炉膛内的空气、煤粉及烟气和引风机吸走的烟气量之间的平衡关系，即指炉膛顶部的烟气压力。 炉膛负压是反映燃烧工况稳定与否的重要参数，是运行中要控制和监视的重要参数之一。炉内燃烧工况一旦发生变化，炉膛负压随即发生相应变化。当锅炉的燃烧系统发生故障或异常时，最先将在炉膛负压上反映出来，而后才是火检、火焰等的变化，其次才是蒸汽参数的变化。因此，监视和控制炉膛负压对于保证炉内燃烧工况的稳定、分析炉内燃烧工况、烟道运行工况、分析某些事故的原因均有极其重要的意义。 炉膛负压的大小受引风量、鼓风量与压力三者的影响。锅炉正常运行时，炉膛通常保持负压-40 ~ -60Pa。炉膛负压太小，炉膛向外喷火和外泄漏高炉煤气，危及设备与运行人员的安全。负压太大，炉膛漏风量增加，排烟损失增加，引风机电耗增加。 2，控制过程简述 使用压力表检测出炉内压力,把压力信号转换为电流4-20 mA信号,用转换来的电信号控制引风机变频器的频率.通过频率的改变使引风机的引风量得到控制。 炉膛负压是一个快过程，只要PI参数整定合适，一般采用单回路闭环负反馈，控制量为引风机的变频器即可达到目的。 炉膛负压的控制对象是引风机挡板所控制的引风量，炉膛负压的动态特性是引风量阶跃变化时，炉膛负压随时间变化的特性，如下图1所示。由于炉膛负压反应很快，可做比例特性来处理。 课程设计报告设计题目变速积分PID控制系统设计课程名称计算机控制技术B 姓名苏丹学号2008100731 班级自动化0803 教师闫高伟 设计日期2011年7月5日 目录 摘要............................................................ 错误!未定义书签。Abstract .. (4) 第1章数字PID及变速积分简介.................................... 错误!未定义书签。 1.1 数字PID发展介绍 (1) 1.2 PID控制器工作原理 (2) 1.2.1 模拟式PID控制算法.................................. 错误!未定义书签。 1.2.2 数字式PID控制算法 (3) 1.3 变速积分简介............................................... 错误!未定义书签。第2章系统分析与设计............................................ 错误!未定义书签。 2.1 系统功能分析............................................... 错误!未定义书签。 2.1.1 对象整体分析 (5) 2.1.2系统分析与设计与系统开环增益 (6) 2.2计算机系统选择分析 (6) 2.2.1 8088CPU简介 (6) 2.2.2 其余模块的使用 (7) 2.3 软件设计分析 (12) 第3章硬件设计与软件编程 (12) 3.1 硬件设计 (12) 3.1.1 系统方框图 (12) 3.1.2 线路原理图 (12) 3.2 软件编程 (13) 3.2.1 软件流程图 (14) 3.2.2 程序源代码 (21) 第4章设计仿真与运行分析 (21) 4.1 结果分析 (21) 4.2 matlab仿真 (22) 总结.............................................................................错误!未定义书签。附录....... (26) 附录1 线路原理图 (28) 附录2 TDN-AC/ACS＋教学实验系统介绍 (28) 附录3 参考资料 (30) 锅炉自动燃烧控制系统 1、实时数据采集 能够对锅炉本体和辅助设备各种运行数据(包括总供回水温度、压力、流量、省煤器进出口水温度﹑压力烟气温度、除尘器进出口烟气温度压力、鼓引风压力、炉膛温度压力含氧量、煤层厚度、室外温度、鼓引风炉排电机频率速度电流状态、除渣除尘状态) 等信号通过总线进行动态采集，控制中心能够实时监控到锅炉本体﹑锅炉上煤﹑除渣等辅助设备的运行情况。 2、完整的报警机制 当锅炉调节系统发生异常情况时或报警时，上位机人机界面自动接受控制系统器发送报警信号，将报警状态及异常点在上位机上进行显示，并诊断提出相应问题大概原因，提供相应的处理办法提示，系统自动能把报警分为高中低三种报警级别，低级别的报警只做提示用，当发生低级别报警时不影响燃烧自动调节，中级别报警发生时需要做相应处理，高级别报警发生时系统能立即连锁停炉，并发出尖锐声光报警和相关提示信息，等待工程师处理后再次投入运行，所有报警系统会自动的写入永久数据库备份，供以后随时查询和故障诊断和决策处理。 报警内容有： 系统报警 包括DCS控制器自诊断硬件或致命软件命令错误 自动启动燃烧失败 通讯建立连接失败 数据报警 炉膛温度超高低报警 炉膛负压超高低报警 锅炉出口温度超高低报警 锅炉出口压力超高低报警锅炉回水温度﹑压力超高低报警 引风机风压高低报警 鼓风机风压高低报警 高级别报警 引风机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警 连锁控制保护报警 鼓风机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警 上煤系统综合保护报警 炉排机变频器（电流﹑电压﹑故障）超速等报警 除渣系统综合保护报警 3、循环水控制系统 循环水是锅炉系统与外界交互的接口，循环系统通过泵不断的把热水源源不断的输送给用户或热站，把经过热释放后的二次低温水循环到锅炉系统再加热。我们采用保持循环水进、出口温差恒定，通过改变循环流量来控制热负荷的方式，是一种新方式。 PID 控制器设计 PID 控制器设计 被控制对象的建模与分析 在脑外科、眼科等手术中，患者肌肉的无意识运动可能会导致灾难性的后果。为了保证合适的手术条件，可以采用控制系统自动实施麻醉，以保证稳定的用药量，使患者肌肉放松，图示为麻醉控制系统模型。 图1结构框图 被控制对象的控制指标 取τ=0.5，k=10,要求设计PID 控制器使系统调节时间t s ≤8s,超调量σ％不大于15％，并且输出无稳态误差。 控制器的设计 PID 控制简介 PID 控制中的积分作用可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。 微分作用可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。 所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID 控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 在PID 控制系统中, PID 控制器分别对误差信号e （t ）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u （t ），送给对象模型加以控制。 PID 控制器的数学描述为 其传递函数可表示为: 1 1.0) 1.0(++s s k τ )1.0()15.0(1 2++s s 控制器 人 药物 输入 R(s ) 预期松弛程度 C(s) 实际松弛程度 + - 从根本上讲, 设计PID 控制器也就是确定其比例系数Kp 、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系数取值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器的参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。下面介绍基于MATLAB 的 Ziegler-Nichols 算法PID 控制器设计。 原系统开环传递函数G(s)=)1.0)(15.0)(11.0(10 +++s s s 做原系统零极点图 图2原系统零极点图 1 绪论 1.1 锅炉控制系统发展概述和国内外研究现状 21世纪到来，人类将进入一个以知识经济为特征的信息时代，检测技术、计算机技术和通讯技术一起构成现代信息的三大基础。 有的专家认为：在计算机和自动化领域，80年代的热点是个人计算机，90年代是算机，而21世纪第一个10年的热点必将是传感、执行与检测。锅炉自动化控制系统作为传感、执行与检测技术的一个应用方面也必将跨入数字化、网络化利智能化时代。 锅炉控制系统的发展过程与其它事物一样，也经历由简单到复杂、由机械到电子的过程。在我国，锅炉的控制大致经历四个阶段，叫手工控制阶段、专用仪表控制阶段、电动单元组合控制阶段和机算机控制阶段。 纵观国内外，总的来说，60年代，锅炉的控制还只是实行人工操作，锅炉的燃烧完全是凭司炉人的经验，几乎谈不到动控制。到了70—80年代，尤其是1972年能源危机之前，对锅炉的运行控制人多是注重安全性和可靠性。在越来越重视节约能源和环境保护的今天，人们则更注重于实现最佳燃烧控制，即把燃烧过程的热损失控制在最小，使热效率最高，且对环境污染最小的所谓最佳燃烧状态，因此，国内外相继对燃煤锅炉实行自动控制。逐步出现了由常规检测仪表和调节仪表构成的模拟控制系统，它具有可靠性高，成本低，易于操作利维护等优点，在大、中、小工业企业中得到了厂泛应用，解决了不少自动化方面的问题。 但是，随着生产向连续化、大型化发展，对自动化技术的要求越来越高，模拟自动控制系统越来越表现出它的局限性。主要表现在：(l)难以实现复杂的、多变量控制规律，如最优控制、自适应控制、模糊控制以及实时控制等；(2)控制参数一旦确定后就难以修改，要改变控制方案比较困难；(3)一组仪表只能控制一条回路，难以实现密集的监视、管理和操作；(4)一次性投资较大；(5)各个系统间不便进行通讯联系，难以实现多级控制。 到了 90年代，出现了以计算机作为自动化的过程控制技术，计算机控制系统运算速度快，控制精度高，并且具有分时操作功能，一台计算机可代替多台常规 目录 一、概述 (Ⅲ) 二系统要求及组成 (Ⅴ) 2.1系统的要求 (Ⅴ) 2.2炉膛负压的动态特性 (Ⅴ) 2.3引风控制系统的工况 (Ⅴ) 2.4系统的组成 (Ⅵ) 三应注意的问题 (Ⅷ) 3.1抗积分饱和及外反馈法 (Ⅷ) 3.2 采用死区非线性环节 (Ⅸ) 3.3 引风机1和2的双速调节 (Ⅸ) 3.4 炉膛压力的测量 (Ⅹ) 3.5 内爆保护 (Ⅹ) 四、仪表选型及参数整定 (Ⅺ) 4.1 前馈-反馈控制系统 (Ⅺ) 4.3 传感器的选择 (Ⅺ) 4.4 选择控制系统设计 (Ⅺ) 五课程设计体会 (Ⅻ) 六参考文献 (ⅩⅢ) 一概述 锅炉是指利用各种燃料、电或者其他能源，将所盛装的液体加热到一定的参数（2.45Mpa- 27MPa ，400℃-570℃），并对外输出热能的特种设备。锅炉控制的主要目的是调节锅炉出口的蒸汽压力、流量和温度，使其达到所希望的数值。为此，需要对燃料、空气和水三者的量进行调节。锅炉是一个复杂的系统，对锅炉工况造成影响的因素之一是来自外部和内部的扰动，如燃料发热量的变化或热力系统工况的变化等。控制器或控制系统根据锅炉出口蒸汽参数实际值偏离其设定值的大小和方向，调节燃料量、空气量和水量，使锅炉出口参数与其所希望的值相一致。 锅炉除配有相应的仪表系统外，主要有以下控制系统：汽包液位控制系统；燃料控制系统；过热器和再热器出口蒸汽温度的控制系统；燃烧器程序控制系统等等。不同类型的锅炉，尽管其控制系统不尽相同，但是它们的工作原理大体是相同的。 而其中最重要的系统是燃烧控制系统。其主要功能是控制炉膛的燃料的空气的输入量，或控制燃烧率，以适应锅炉负荷的变化。对锅炉运行和控制系统来说，锅炉出口蒸汽压力的变化经常作为燃料量的输入和蒸汽量的输出之间不平衡的一个标志。引起蒸汽压力变化的因素很多，其中主要的扰动量是燃料量（内扰）和蒸汽量的变化（外扰）。燃烧控制系统的基本要求是：迅速适应外界负荷需求的变化；及时消除锅炉燃料侧的自发扰动；维持调节过程中各被调量在允许的范围内；保证锅炉运行的安全性和经济性。燃料控制系统一般包括燃料控制、引风控制和鼓风控制三个子系统。 燃料控制子系统中，蒸汽压力的实际值相对于其设定值的偏差输入到蒸汽压力控制器，经控制运算后输出调整锅炉燃烧率的指令信号；燃烧控制器根据锅炉燃烧率的指令信号的变化调整入炉燃料量。 同时，锅炉燃烧率的指令信号也加入到鼓风控制子系统中，对鼓风量进行调整。为保证燃烧的过程的经济性，即保证燃烧过程合适的燃料和风量的比值，常采用具有烟气氧量校正调节的鼓风控制系统，形成有燃料量前馈调节的串级控制系统，在保证送风量与燃料量基本成比例的粗调的基础上，进一步通过氧量校正 基于MATLAB的PID 控制器设计 基于MATLAB的PID 控制器设计 一、PID控制简介 PID控制是最早发展起来的经典控制策略, 是用于过程控制最有效的策略之一。由于其原理简单、技术成，在实际应用中较易于整定, 在工业控制中得到了广泛的应用。它最大的优点是不需了解被控对象精确的数学模型,只需在线根据系统误差及误差的变化率等简单参数, 经过经验进行调节器参数在线整定, 即可取得满意的结果, 具有很大的适应性和灵活性。 积分作用:可以减少稳态误差, 但另一方面也容易导致积分饱和, 使系统的超调量增大。 微分作用:可提高系统的响应速度, 但其对高频干扰特别敏感, 甚至会导致系统失稳。 所以, 正确计算控制器的参数, 有效合理地实现 PID控制器的设计,对于PID 控制器在过程控制中的广泛应用具有重要的理论和现实意义。 在PID控制系统中, PID控制器分别对误差信号e（t）进行比例、积分与微分运算, 其结果的加权和构成系统的控制信号u（t），送给对象模型加以控制。 PID控制器的数学描述为 其传递函数可表示为: 从根本上讲, 设计PID控制器也就是确定其比例系数Kp、积分系数T i 和微分系数T d , 这三个系数取值的不同, 决定了比例、积分和微分作用的强弱。控制系统的整定就是在控制系统的结构已经确定、控制仪表和控制对象等处在正常状态的情况下, 适当选择控制器参数使控制仪表的特性和控制对象的特性相配合, 从而使控制系统的运行达到最佳状态, 取得最好的控制效果。 二、MATLAB的 Ziegler-Nichols算法PID控制器设计。 1、PID控制器的Ziegler-Nichols参数整定 在实际的过程控制系统中, 有大量的对象模型可以近似地由一阶模型 来表示。这个对象模型可以表示为 sL - e sT 1 K G(s) + = 如果不能建立起系统的物理模型, 可通过试验测取对象模型的阶跃响应, 从而得到模型参数。当然, 我们也可在已知对象模型的情况下, 利用MATLAB，通过使用step ( ) 函数得到对象模型的开环阶跃响应曲线。在被控对象的阶跃响应中, 可获取K 、L 和T参数, 也可在MATLAB中由dcgain ( ) 函数求取 K值。 目录 1锅炉工艺简介 (1) 1.1锅炉的基本结构 (1) 1.2工艺流程 (2) 1.2煤粉制备常用系统 (3) 2 锅炉燃烧控制 (4) 2.1燃烧控制系统简介 (4) 2.2燃料控制 (4) 2.2.1燃料燃烧的调整 (4) 2.2.2燃烧调节的目的 (5) 2.2.3直吹式制粉系统锅炉的燃料量的调节 (5) 2.2.4影响炉内燃烧的因素 (6) 2.3锅炉燃烧的控制要求 (11) 2.3.1 锅炉汽压的调整 (11) 3锅炉燃烧控制系统设计 (14) 3.1锅炉燃烧系统蒸汽压力控制 (14) 3.1.1该方案采用串级控制来完成对锅炉蒸汽压力的控制 (14) 3.2燃烧过程中烟气氧含量闭环控制 (17) 3.2.1 锅炉的热效率 (18) 3.2.2反作用及控制阀的开闭形式选择 (20) 3.2.3 控制系统参数整定 (20) 3.3炉膛的负压控制与有关安全保护保护系统 (21) 3.3.1炉膛负压控制系统 (22) 3.3.2防止回火的连锁控制系统 (23) 3.3.3防止脱火的选择控制系统 (24) 3.4控制系统单元元件的选择（选型） (24) 3.4.1蒸汽压力变送器选择 (24) 3.4.2 燃料流量变送器的选用 (24) 4 DCS控制系统控制锅炉燃烧 (26) 4.1DCS集散控制系统 (26) 4.2基本构成 (27) 锅炉燃烧系统的控制 4.3锅炉自动燃烧控制系统 (31) 总结 (33) 致谢 (34) 参考文献 (35) 1锅炉工艺简介 1.1锅炉的基本结构 锅炉整体的结构包括锅炉本体和辅助设备两大部分。 1、锅炉本体 锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉本体中两个最主要的部件是炉膛和锅筒。 炉膛又称燃烧室，是供燃料燃烧的空间。将固体燃料放在炉排上进行火床燃烧的炉膛称为层燃炉，又称火床炉；将液体、气体或磨成粉状的固体燃料喷入火室燃烧的炉膛称为室燃炉，又称火室炉；空气将煤粒托起使其呈沸腾状态燃烧、适于燃烧劣质燃料的炉膛称为沸腾炉，又称流化床炉；利用空气流使煤粒高速旋转并强烈火烧的圆筒形炉膛称为旋风炉。炉膛的横截面一般为正方形或矩形。燃料在炉膛内燃烧形成火焰和高温烟气，所以炉膛四周的炉墙由耐高温材料和保温材料构成。在炉墙的内表面上常敷设水冷壁管，它既保护炉墙不致烧坏，又吸收火焰和高温烟气的大量辐射热。炉膛的结构、形状、容积和高度都要保证燃料充分燃烧，并使炉膛出口的烟气温度降低到熔渣开始凝结的温度以下。当炉内的温度超过灰熔点时，灰便呈熔融状态。熔融的灰渣颗粒在触及炉内水冷壁管或其他构件时会粘在上面。粘结的灰粒逐渐增多,遂形成渣块,称为结渣。结渣会降低锅炉受热面的传热效果。严重时会堵塞烟气流动的通道，影响锅炉的安全和经济运行。一般用炉膛容积热负荷和炉膛截面热负荷或炉排热负荷表示其燃烧强烈程度。炉膛容积热负荷是单位炉膛容积中每单位时间内释放的热量。在锅炉技术中常用炉膛容积热负荷来衡量炉膛大小是否恰当。容积热负荷过大，则表示炉膛容积过小，燃料在炉内的停留时间过短，不能保证燃料完全燃烧，使燃烧效率下降；同时这还表示炉墙面积过小，难以敷设足够的水冷壁管，结果炉内和炉膛出口处烟气温度过高，受热面容易发生结渣。室燃炉的炉膛截面热负荷是单位时间内单位炉膛横截面上燃料燃烧所释放的热量。在炉膛容积确定以后，炉膛截面热负荷过大会使局部区域的壁面温度过高而引起结渣。层燃炉的炉排热负荷是单位时间内燃料燃烧所释放的热量与炉排面积的比值。炉排热负荷过高会使飞灰大大增加。炉膛设计需要充分考虑使用燃料的特性。每台锅炉应尽量燃用原设计的燃料。燃用特性差别较大的燃料时，锅炉运行的经济性和可靠性都可能降低。 锅筒它是自然循环和多次强制循环锅炉中接受省煤器来的给水、联接循环回路，并向过热器输送饱和蒸汽的圆筒形容器。锅筒筒体由优质厚钢板制成，是锅炉中最重的部件之一。锅筒的主要功能是储水，进行汽水分离，在运行中排除锅水中的盐水和泥渣，控制装置及仪表炉膛压力设计
炉膛压力控制系统
数字PID控制器设计
锅炉系统控制
锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)
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